BÀI tập lớn CÔNG TRÌNH THÁO nước đề số 32

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

BÀI TẬP PHẦN
“TÍNH TOÁN KHÍ THỰC TRÊN CÔNG TRÌNH THÁO NƯỚC”
(ĐỀ SỐ 32)
Đề bài
1) Tài liệu ban đầu:
- Dốc nước sau đập tràn có sơ đồ như hình 1

Hình 1: Sơ đồ bố trí dốc nước sau tràn
- Chiều dài từ ngưỡng tràn đến đầu dốc Lo = 30 m
- Chiều dài dốc L = 200 m (trên mặt bằng): 10 đoạn x 20 m
- Độ dốc: i = 0,21
- Vật liệu thân dốc: BTCT M20
- Độ nhám bề mặt: n = 0,017 (∆ = 0,5 mm)
- Gồ ghề cục bộ tại các khớp nối( dự kiến): Zm = 5 mm
- Cao độ đầu dốc: đ = 300,0 m; nhiệt độ nước T = 25o
- Mặt cắt ngang dốc: chữ nhật, B = 20 m
- Lưu lượng thiết kế: QTK = 480 m³/s
- Độ sâu đầu dốc: hđ = 3,09 m
- Hình thức tiêu năng cuối dốc: mũi phun
2) Yêu cầu:
- Kiểm tra khả năng khí hóa dòng chảy trên dốc tại các vị trí khớp nối
- Kiểm tra khả năng khí thực trên dốc
- Thiết kế bộ phận tiếp khí (BPTK) để phòng khí thực (nếu có).

HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-1-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

TÍNH TOÁN
I - KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ HÓA DÒNG CHẢY TRÊN DỐC NƯỚC KHI
THÁO LƯU LƯỢNG THIẾT KẾ
1) Xác định và tính, vẽ đường mặt nước trên dốc nước tràn:
a) Xác định đường mặt nước với lưu lượng qua dốc tràn QTK=480 m3/s .
Để xác định đường mặt nước trong thâm dốc, ta cần phải tính độ sâu phân giới h k, độ
dốc phân giới ik và độ sâu dòng chảy đều h0.
Xác định độ sâu phân giới hh theo công thức sau: hk =

3

q2
g

Trong đó:
- q = Q/Bd = 480/30=16(m3/s-m).
- g : là gia tốc trọng trường, g = 9,81m/s2
- Q : là lưu lượng xả trên dốc
- Bd : là bề rộng đốc nước: bd=30m.
-  = 1, 1 là hệ số phân bố lưu tốc.


Q

Xác định độ dốc phân giới ih theo công thức sau; ik = 

 C R 
k 
 k k

2

Trong đó:
- k : là diện tích mặt cắt ướt với độ sâu phân giới hk.
- Rk =

k
, là bán kính thủy lực.
k

- k : là chu vi ướt; k = Btr + 2hk
Từ hệ số nhám n = 0,017 và Rk tra phụ lục 8-2 bảng tra thủy lực ta được Ck R k .
- Q : là lưu lượng xả lớn nhất Q=Qtk=480 m3/s
Kết quả tính toán hk, ik được thể hiện ở bảng sau:
Bd

Qtr

m
30

3

m /s
480

q

hk

k

k

Rk

m /s-m
16

m
3.06

m²
91.8

m
36.12

m
2.54

3

Ck R k

ik

125.35 0.002

Xác định độ sâu dòng đều h0.
Độ sâu dòng chảy đều trên thân dốc nước được tính dựa vào phương trình cơ bản sau:
Q = .C. R i
Trong đó:
- Q : là lưu lượng trên dốc
-  : là diện tích mặt cắt ướt với độ sâu dòng đều h0.

- R = , là bán kính thủy lực.

-  : là chu vi ướt;  = Btr + 2h0
- Ci : hệ số Sêdi tại mặt cắt thứ i, được tính theo công thức: Ci =

1 1/6
.R i
n

Để tính toán độ sâu dòng chảy đều trên dốc nước ta giải bằng phương pháp thử dần.
kết quả tính toán bảng sau:
HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-2-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

h0

Bd



V



m
0,35

m
30

m
10,50

m/s
28,77

m
30,7

m
0,342 49,192

0,58

m3/s
302,070

0,4

30

12,00

31,38

30,8

0,390 50,272

0,62

376,547

0,47

30

13,95

34,60

30,93

0,451 51,513

0,67

480,001

0,5

30

15,00

36,26

31

0,484 52,120

0,70

543,829

R

C

Rk `

Q

Kết quả tính toán cho phương án chọn.

Phương án

hk

ik

i

0,002

0,21

m
II

3,06

h0

Ghi chú

m
0

i > ik (h0 < hk )

* Nhận xét: Ta thấy hk > h > h0. Từ công thức (9-31) trang 59 GTTL tập II ta có:
Q2

dh
i J
k2


2
di
1  Fr
Q B
1
. 3
g 
i

Ta thấy:
- hk > h thì Fr < 1 nên mẫu số < 0.
- h > h0 thì i > J nên tử số < 0.



dh
0
dl

Vậy đường mặt nước trong dốc ứng với các phương án là đường nước đổ b2.
b) Tính và vẽ đường mặt nước với lưu lượng qua dốc tràn QTK=480 m3/s .
Dùng phương pháp phương trình sai phân, bắt đầu từ mặt cắt đầu dốc, tính độ sâu
nước tại các mặt cắt kế tiếp bằng cách thử dần cho từng mặt cắt (giả thiết giá trị h, theo
các công thức dưới đây để xác định trị số ∆L, nếu trị số đúng với ∆L chọn thì lấy h vừa
giả thiết làm giá trị đúng, nếu không thì phải giả thiết và tính lại từ đầu đến khi ∆L đúng

bằng giá trị chọn):
Từ công thức L 

E
Trong đó:
i  J TB

∆L
i

: Khoảng cách giữa 2 mặt cắt tính toán
: Độ dốc của đáy dốc nước tràn.
Giải thích trình tự tính toán trong Bảng 1:
Cột 2: h là độ sâu mực nước trong dốc (Giả thiết)
Cột 3:  là diện tích mặt cắt ướt ;  = B.h
Cột 4: Vi là Vận tốc dòng chảy tại MC tính toán ; Vi = Qi/i
Cột 6: Ei là năng lượng mặt cắt thứ i
HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-3-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Cột 7:  là Chu vi ướt của mặt cắt tính toán ;  = B + 2h (Mặt cắt CN)
Cột 8: R là Bán kính thủy lực; R = /
1

1
Cột 9: Ci là Hệ số Sedi tại MC tính toán thứ i; C= R 6
n
1 1/ 6
R
Cột 10: C R  R
n
V2
Cột 11: Ji là Độ dốc thủy lực tại mặt cắt thứ i; J  2
C R

Cột 12: JTB là độ dốc thủy lực trung bình giữa mặt cắt thứ i và mặt cắt thứ i+1.
Với JTB = (J1 + J2)/2 : Ví dụ
J1 

V12
C12 R1

: Độ dốc thủy lực tại mặt cắt 1.

V22
C 22 R2

: Độ dốc thủy lực tại mặt cắt 2.

J2 

Cột 14 : E = Ei+1 - Ei Hệ số tỷ năng
Cột 15: Li Khoảng cách giữa 2 MC ở đây chọn các Li=20m.

Cột 16: L là khoảng cách cộng dồn từ MC đầu đến MC tính toán
Kết quả tính toán để vẽ đường mực nước trên dốc thể hiện ở Bảng 1.

HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-4-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Bảng 1: Kết quả tính toán vẽ đường mực nước trên dốc nước tràn
Mặt
cắt

h
(m)

i
(m2)

(1)

(2)

(3)

(4)

0

3,090

61,80

7,77

Vi
(m/s) V 2
2(5)
g
3,07

Ei

 im


Ri

Ci

(6)

(7)

(8)

(9)

6,16

26,18

2,36

67,877

Ji

Jtb

i - Jtb

∆E

∆Li
(m)

L
(m)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

104,287

0,0055

C R

0
0,015
3

1

1,894

37,88

12,67

8,18

10,08

23,79

1,59

63,566

80,214

1,563

31,26

15,36

12,02

13,58

23,13

1,35

61,854

71,913

1,386

27,72

17,32

15,28

16,67

22,77

1,22

60,783

67,062

1,275

25,50

18,82

18,06

19,33

22,55

1,13

60,042

63,851

1,199

23,99

20,01

20,4
1

21,61

22,40

1,07

59,499

61,574

1,145

22,91

20,96

22,38

23,53

22,29

1,03

59,091

59,901

1,105

22,11

21,71

24,0
3

25,13

22,21

1,00

58,778

58,642

1,075

21,51

22,32

HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

25,3
9

26,46

22,15

0,97

58,535

-5-

57,678

3,088

20

0,1332

2,663

20

0,0869

80
0,1137

2,276

20

0,1056

100
0,0960

1,919

20

0,1224

120
0,0803

1,605

20

0,1371

140
0,143
4

8

0,1539

60

0,129
7
7

20

0,0667

0,1140
6

3,502

40

0,096
3
5

0,1747

0,0456

0,0768
4

20
20

0,056
1
3

3,913

0,0250
0,035
3

2

0,1947

0,1497

Lớp: 20C-CS2

0,0666

1,332

20
160


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

0,155
1
9

1,052

21,05

22,81

26,5
1

27,56

22,10

0,95

58,345

56,932

1,035

20,69

23,20

HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

27,4
3

28,46

22,07

0,94

58,195

-6-

56,350

1,098

20

0,1605

180
0,165
0

10

0,0549

0,1695

Lớp: 20C-CS2

0,0450

0,901

20
200


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

2) Xác định hệ số khí hóa phân giới Kpg:
Chiều dài dốc nước L = 200m, chia dốc thành 10 đoạn, mỗi đoạn có chiều dài ∆L
= 20m. Giữa các đoạn bố trí khớp nối.
Với giả thiết tại các khớp nối do lún không đều giữa các đoạn sẽ làm phát sinh bậc
lồi (hay bậc thụt) với chiều cao khống chế Zm = 5 mm, cho góc  = 90o.
Khi đó hệ số khí hóa phân giới (tính cho trường hợp bất lợi nhất là bậc lồi), Tra Bảng 4
TCVN 9158:2012 – Các dạng mấu gồ ghề đặc trưng và trị số Kpg tương ứng sẽ là:

K pg 0,125. 0,65 2,33
3) Xác định hệ số khí hóa thực tế tại các mặt cắt tính toán
Hệ số khí hóa K được xác định theo công thức:
K

Trong đó:
HĐT

H ĐT  H pg
2
VĐT
2g

: Cột nước áp lực toàn phần đặc trưng của dòng chảy ;
HĐT = Ha + h.cos

h
Ha

: Độ sâu nước tại mặt cắt tính toán
: Cột nước áp lực khí trời, tương ứng với cao độ mặt nước tại mặt cắt tính.
Zmn = Zđáy + h



: Góc nghiệng của đáy lòng dẫn so với phương ngang

Hpg : Cột nước áp lực phân giới.
Ứng với nhiệt độ T = 25o (tra Bảng 2 Trị số của cột nước áp lực phân giới –
TCVN 9158:2012 được Hpg = 0,32 m).

VĐT : Lưu tốc đặc trưng khi vị trí có mấu gồ ghề thuộc các đoạn khác nhau trên
dòng chày được xác định theo công thức:
V ĐT V y 

VTB

VTB
1 . 2
V

Với

: Lưu tốc trung bình mặt cắt tại các mặt cắt tính toán.

V
: Hệ số biểu thị quan hệ giữa lưu tốc trung bình và lưu tốc lớn nhất
trong dòng chảy khi chiều dày lớp biên và dạng mặt cắt ngang của dòng chảy đã cho. Với
dòng không áp mặt cắt ngang hình chữ nhật có bề rộng B và độ sâu nước h, V được xác
định theo công thức:

1 
 2  B  2h  


 V    h    B  2  
 ln  2   2 ln 


Bh 
  



ln
3




 
5 



∆: Chiều cao nhám tương đương trên bề mặt. Với n = 0.17 ; ∆ = 0.5 mm
Tra Hình 7 - TCVN 9158:2012 - Biểu đồ quan hệ 1 = f (y/); 2 = f(/); / = f (L/)
xác định được 1 ; 2 ; . Kết quả tính toán được ghi trong Bảng 2.
HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-7-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Bảng 2: Kết quả tính toán kiểm tra khả năng khí hóa tại các mặt cắt tính toán của dốc nước tràn

Mặt
cắt

h (m)

L
(m)

L*
(m)

Zmn (m)

Ha
(m)

HĐT
(m)

VTB
(m/s)

y/D

L*/

d/

1

2
(10-3)


(m)

v

VĐT
(m/s)

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200

30,00
50,44
70,87
91,31
111,74
132,18
152,62

173,05
193,49
213,93
234,36

60.000
100.872
141.745
182.617
223.490
264.362
305.235
346.107
386.980
427.852
468.725

800,0
1.364,2
1.834,1
2.351,1
2.845,4
3.256,8
3.654,5
3.983,6
4.469,0
5.048,7
5.432,7

195,0

195,0
195,0
195,0
195,0
195,0
195,0
195,0
195,0
195,0
195,0

0,400
0,682
0,917
1,176
1,423
1,628
1,827
1,992
2,235
2,524
2,716

0,983
0,959
0,938
0,915
0,892
0,873
0,854

0,839
0,819
0,796
0,781

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

3,090
1,894
1,563
1,386
1,275
1,199
1,145
1,105
1,075
1,052
1,035

303,09

297,69
293,16
288,79
284,48
280,20
275,95
271,71
267,48
263,25
259,04

9,98
9,98
9,99
9,99
10,00
10,01
10,01
10,02
10,02
10,03
10,03

13,00
11,84
11,52
11,35
11,25
11,18
11,13

11,10
11,07
11,06
11,04

7,94
12,95
15,69
17,69
19,23
20,45
21,42
22,19
22,81
23,31
23,69

11,00
11,00
11,00
11,00
11,00
11,00
11,00
11,00
11,00
11,00
11,00

1,20

1,11
1,05
0,99
0,97
0,95
0,93
0,92
0,90
0,87
0,86

- L*: Là khoảng cách theo mặt nghiêng của dốc, từ ngưỡng đặt cửa van đến mặt cắt đang xét
- L: Là khoảng cách nằm ngang theo trục tọa độ từ đầu dốc đến vị trí mặt cắt đang xét

HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-8-

Lớp: 20C-CS2

3,91
6,27
7,57
8,52
9,37
10,09
10,70
11,22
11,69

12,08
12,44

K

Khả
năng khí
hóa

(17)
16,30
5,75
3,84
2,98
2,44
2,09
1,85
1,68
1,54
1,44
1,36

(18)
Không có
Không có
Không có
Không có
Không có
Bắt đầu
Mạnh

Mạnh
Mạnh
Mạnh
Mạnh


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

II. KIỂM TRA KHẢ NĂNG KHÍ THỰC TRÊN DỐC NƯỚC
Khi khí hóa duy trì trong thời gian đủ dài và dòng chảy có lưu tốc cục bộ tại đỉnh
mấu gồ ghề VĐT > Vng thì thành dốc nước có khả năng bị xâm thực.
Trị số lưu tốc ngưỡng xâm thực Vng của vật liệu bê tông phụ thuộc vào độ bền nén
của vật liệu (Rb)và hệ số hàm khí trong nước S. Ứng với bê tông bề mặt lòng dẫn có R b =
20 Mpa; độ hàm khí trong nước S = 0, Hình 1: Quan hệ Vng = f(Rb,S) của vật liệu bê tông –
TCVN 9158:2012 được Vng = 9,55 m/s.
Bảng 3 : Kết quả tính toán kiểm tra khả năng xâm thực tại các mặt cắt tính toán

Mặt
cắt

VTB
(m/s)

VĐT
(m/s)

1

 2*10-3

v

Vng
(m/s)

Vcp
(m/s)

Xét theo lưu tốc
ngưỡng xâm thực

Xét theo lưu tốc cho
phép xâm thực

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

0

7,94

3,91

195

1,20

0,983

9,55

19,39

Không xâm thực

Không xâm thực

1

12,95

6,27

195

1,11

0,959

9,55

19,71

Không xâm thực

Không xâm thực

2

15,69

7,57

195

1,05

0,938

9,55

19,79

Không xâm thực

Không xâm thực

3

17,69

8,52

195

0,99

0,915

9,55

19,83

Không xâm thực

Không xâm thực

4
5
6

19,23
20,45

21,42

9,37
10,09
10,70

195
195
195

0,97
0,95
0,93

0,892
0,873
0,854

9,55
9,55
9,55

19,60
19,36
19,10

Không xâm thực
Có xâm thực
Có xâm thực

Không xâm thực
Có xâm thực
Có xâm thực

7

22,19

11,22

195

0,92

0,839

9,55

18,88

Có xâm thực

Có xâm thực

8

22,81

11,69

195

0,90

0,819

9,55

18,63

Có xâm thực

Có xâm thực

9

23,31

12,08

195

0,87

0,796

9,55

18,41

Có xâm thực

Có xâm thực

10

23,69

12,44

195

0,86

0,781

9,55

18,18

Có xâm thực

Có xâm thực

Từ các giá trị VĐT ở Bảng 3 cho thấy
- Từ mặt cắt 1 đến mặt cắt 4 có VĐT < Vng  không bị xâm thực
- Từ mặt cắt 5 đến cuối dốc có VĐT > Vng  có khả năng xâm thực
Bằng nội suy từ biểu đồ lưu tốc V ĐT dọc theo dòng chảy (Bảng 2), xác định được
mặt cắt có VĐT = Vng = 9,55 m/s là mặt cắt (nằm giữa mặt cắt 4 và 5) cách đầu dốc một
khoảng LB = 84,99m (theo phương ngang của dốc) – Gọi mặt cắt có V ĐT = Vng = 9,55 m/s

là mặt cắt B).
Đoạn từ mặt cắt B đến cuối dốc cần có biện pháp bảo vệ chống khí thực. Có nhiều
biện pháp công trình để chống khí thực, căn cứ vào điều kiện kinh tế, kỹ thuật để lựa
chọn các phương án. Đối với bài này, chọn phương án xây dựng bộ phận tiếp khí.
III. THIẾT KẾ BỘ PHẬN TIẾP KHÍ (BPTK) ĐỂ PHÒNG KHÍ THỰC
(theo TCVN 9158:2012)
1) Bố trí các BPTK trên dốc nước: (theo TCVN 9158:2012 - Mũi hắt đơn thuần
hoặc kết hợp với máng dẫn khí : Zm lấy từ 0,50 m đến 0,85 m).

Theo tính toán ở mục trên thì đoạn dốc nước từ sau mặt cắt B (cách đầu dốc
84,99m) cần được bảo vệ chống khí thực. Để đảm bảo an toàn cho thân dốc, chon vị trí
để bố trí các bộ phận tiếp khí như sau:
HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-9-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

- BPTK1 đặt tại mặt cắt M1, cách đầu dốc 80 m (theo phương ngang).
- BPTK2 đặt tại mặt cắt M2, cách đầu dốc 140 m (theo phương ngang).
Theo cách bố trí này, chiều dài bảo vệ L p của BPTK1 và BPTK2 (theo phương
ngang) là 55 m.
Với phương án bố trí đã nêu, nội suy từ đường mặt nước (Bảng 1) ta được các
thông số thủy lực tại các mặt cắt có bố trí BPTK như sau:
Bảng 3 : Thông số tính toán các bộ phận tiếp khí
Tên

L (m)

Lp (m)

h (m)

V (m/s)

Fr

Fr

BPTK1

80.00

60.00

1.24

19.42

31.08

5.57

BPTK2

140.00

60.00

1.10

21.87

44.43

6.67

2) Tính toán bộ phận tiếp khí 1 (BPTK1)

Hình 2 : Bố trí mũi hắt tại BPTK1
a) Xác định chiều cao mũi hắt Zm:
Được xác định theo công thức: Z m 

L p . cos 2



 0.69m

25 Fr  1

Trong đó:
Lp = 60 (m)
: Chiều dài bảo vệ (theo phương ngang) của BPTK.
0
 = Arctan(21/100) =11.86 : Góc hợp bởi bề mặt dốc nước so với phương nằm

ngang.
: Số Frut; Fr 

Fr

v2
31.08 (mặt cắt hình CN)
gh

b) Chọn độ nghiêng mũi hắt: Với dốc nước: chọn mũi hắt dốc ngược với góc hắt 
lấy từ 00 đến 60 (chọn  thiên nhỏ khi lòng dẫn có độ dốc lớn và lưu tốc lớn)
Sơ đồ bố trí mũi như trên Hình 2
Giả thiết chiều dài mũi Lm = 4m; Ta thấy Zm/Lm = 0.69/4=0.173 đảm bảo điều kiện
Zm 1 1
 
Lm 6 5
Z
tg  1  Z 1  Lm .tg = 4*tan11.860’= 4x0.2 = 0.84 (m)
Lm

chọn chiều dài mũi hợp lý:
Ta có :

Mặt khác: Z2=Zm-Z1=0.69-0.84=-0.15; tg=Z2/Lm=-0.15/4= - 0.375   = -5.70
HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-10-

Lớp: 20C-CS2

Bài tập môn học: Công trình tháo nước

c) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt :
Được xác định theo công thức:
Lb 

h
cos

 Zm
2Z m
cos(   ) 
2
 Fr
Fr
sin


Fr
.
sin


cos

cos 
h
 h


  =6.57m



d) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp :
Được xác định theo công thức: qa = 0.033*V*Lb = 0,33*19.42*6.57=4.21 (m3/s.m)
Với V = 19.42 (m/s): Lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên buồng khí, có thể
lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên mũi hắt.
e) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp :
Được xác định theo công thức: Qa = qa*B =4.21*20 = 84.22 (m3/s)
f) Tính diện tích tổng cộng của mặt cắt ngang các ống dẫn khí:
Được xác định theo công thức: a=Qa/Va=84.22/50= 1.68 (m2)
Trong đó:
Chọn Va = 50m/s: Lưu tốc khí khống chế trong ống; Va  60 m/s
Vì a = 1.68 m2 nhỏ nên chỉ cần bố trí 2 ống thông khí ở 2 tường bên (n = 2), Khí
đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:

a1= /n=1.68/2=0.84
g) Xác định kích thước ống dẫn khí:
Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta
Trong đó:
Chọn Ba = 1,0 m

: Độ dài cạnh theo phương dòng chảy.

Chọn ta = 1.0 m

: Độ dài cạnh theo chiều dày tường.

Với kích thước đã chọn, vận tốc khí trong ống dẫn khí:
Va 

Qa
42.11m / s
n.Ba .t a

h) Xác định độ chân không ở trong buồng khí:
Độ chân không (tính theo mét cột nước) ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí
vào buồng xác định theo công thức:
Va2 a
hck 
= 0,37 (m)
2 g. a2 

Trong đó:
Va =42.11(m/s)

: Lưu tốc khí trong ống.

a : Hệ số lưu lượng của ống dẫn khí;  a 
HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-11-

1
1   i

0,561
Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

i : Tổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất tại cửa vào, các
đoạn uốn cong và tổn thất dọc đường
Tổn thất tại cửa vào: cv = 0,5 (cửa vào không thuận)
Tổn thất tại vị trí uốn cong gấp 90o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang nằm
ngang ở đáy dốc): u = 1,1
Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống
La H t 

Với

Ht = 4,5 m

t a B1
  2t t = 10.45(m)
2 2

: Chiều cao thành lòng dẫn

(Chọn Ht >hđ từ 1-2m, với hđ =3.09m )
B1 = 20 m

: Bề rộng của mỗi khoang (1 khoang)

tt là chiều dày thành ống dẫn trong trụ và thành bên chọn tt =0,5m

Hệ số tổn thất dọc đường :  d 

2 gLa
= 0,58
C2R

a : Trọng lượng riêng của không khí (KN/m³)
 : Trọng lượng riêng của nước (KN/m³)
Trong điều kiện bình thường, lấy

a
1

 780

Để đảm bảo ổn định của đường tháo, trị số hck không được vượt quá 0,5m. Ta thấy
hck = 0,37m < 0,5m nên đường tháo làm việc ổn định.
i) Tính toán kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt:

Hình 3 : Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí
Bề mộng máng : Bmk = Ba = 1.0 (m)
Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 1.0 – 0.69 = 0.31 (m)
k) Tính toán chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK :
Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 1.32+1.24+0.5=3.06 (m)
Trong đó:
hb : Chiều cao lớn nhất của buồng khí
HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-12-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước
hb Z m 

V2
cos 2  .(tg  tg ) 2 =
2g

= 0.69+ (19.422/2*19.62)*{cos2(-5.70)*[tan(-5.70)*tan(11.860’)]}= 1.32 (m)
h : Chiều dày lớp nước phía trên buồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước
trên mũi hắt); h=1.24m.
∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp công trình, chọn ∆H = 0,5 m
Kết quả tính toán BPTK1 Bảng 4
Bảng 4 : Thông số tính toán BPTK1
Ký
hiệu
L
Zm

Thông số
Vị trí đặt
Chiều cao mũi hắt

Đơn vị

BPTK1

m
m

80
0.69

Chiều dài mũi hắt
Góc nghiêng mũi hắt
Chiều dài buồng khí sau mũi hắt

Lm

Lb

m
Độ
m

4.00
-5.71
6.57

Lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp

Qa
n
a1

m³/s
m²

84.22
2
0.84

Ba x t a

m

1.0 x 1.0

Độ chân không ở trong buồng khí

hck

m

0.37

Bề rộng máng khí

Bmk

m

1.0

Chiều sâu máng khí

tmk

m

0.31

Chiều cao buồng khí

hb

m

1.32

Số ống dẫn khí
Diện tích MCN của 1 ống khí
Kích thước 1 ống dẫn khí

3) Tính toán bộ phận tiếp khí 2 (BPTK2) tính tương tự như trên:

Hình 2 : Bố trí mũi hắt tại BPTK1
a) Xác định chiều cao mũi hắt Zm:
Được xác định theo công thức: Z m 

L p . cos 2



 0.71m

25 Fr  1

Trong đó:
Lp = 60 (m) : Chiều dài bảo vệ (phương ngang) của BPTK1.
HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-13-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

 = 11.860

: Góc hợp bởi bề mặt dốc nước so với phương nằm ngang.

Fr

v 2
Fr 
44.43
gh
: Số Frut ;
(mặt cắt hình CN)

b) Chọn độ nghiêng mũi hắt:
Sơ đồ bố trí mũi như trên Hình 2:
Giả thiết chiều dài mũi Lm = 2m; Ta thấy
điều kiện chọn chiều dài mũi hợp lý:

Ta có :

tg 

Z m 0,44

0,11 = 0.71/4=0.18 đảm bảo
Lm
4

Zm 1 1
 
Lm 6 5

Z1
 Z 1  Lm .tg = 4*tan(11.860)= 0,84 (m)
Lm

Mặt khác: Z2=Zm-Z1=0.71-0.84=-0.13; tg=Z2/Lm=-0.13/4= - 0.015   = -1.850
c) Tính chiều dài buồng khí sau mũi hắt
Được xác định theo công thức:
Lb 

h
cos

 Zm
2Z m
cos(   ) 
2

 Fr
Fr
sin


Fr
.
sin


cos

cos 
h
 h


  =5.84m



d) Xác định lưu lượng khí đơn vị cần cấp
Được xác định theo công thức: qa = 0,033.V.Lb = 0.033*21.87*5.84=3.74 (m3/s.m)
Trong đó: V = 21.87 (m/s) : Lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên buồng
khí, có thể lấy bằng lưu tốc bình quân của dòng chảy phía trên mũi hắt.
e) Tính lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp
Được xác định theo công thức: Qa = qa.B =3.74*20 = 74.82 (m3/s)
g) Tính diện tích tổng cộng của mặt cắt ngang các ống dẫn khí
Được xác định theo công thức:  a 

Qa 82,94

a= Qa/Va=74.82/50= 1.5(m2)
Va
50

Trong đó:
Va = 50m/s

: Lưu tốc khí khống chế trong ống; chọn Va  60 m/s

Vì a = 1.50m2 nhỏ nên chỉ cần bố trí 2 ống thông khí ở 2 tường bên (n =2),
khí đó diện tích tối thiểu của mỗi ống dẫn khí là:

1=a/n=1.5/2=0.75m2
h) Xác định kích thước ống dẫn khí
Ống dẫn khí cấp cho buồng khí chọn theo mặt cắt hình chữ nhật, kích thước B a x ta
Trong đó:
HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-14-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

Chọn Ba = 1.0 m

: Độ dài cạnh theo phương dòng chảy.

Chọn ta = 0.8 m

: Độ dài cạnh theo chiều dày tường.

Với kích thước đã chọn, vận tốc khí trong ống dẫn khí:
Va 

Qa
46.76m / s
n.Ba .t a

i) Xác định độ chân không ở trong buồng khí
Độ chân không (tính theo mét cột nước) ở trong buồng khí để tạo áp lực hút khí
vào buồng xác định theo công thức:
hck 

Va2 a
= 0.47 (m)
2 g. a2 

Trong đó:
Va =46.76(m/s)

: Lưu tốc khí trong ống.

a : Hệ số lưu lượng của ống dẫn khí;  a 

1

1   i

0.553

i : Tổng hệ số tổn thất áp lực trên toàn ống dẫn, bao gồm tổ thất tại cửa
vào, các đoạn uốn cong và tổn thất dọc đường
Tổn thất tại cửa vào: cv = 0,5 (cửa vào không thuận)
Tổn thất tại vị trí uốn cong gấp 90 o (trục ống từ thẳng đứng chuyển sang
nằm ngang ở đáy dốc): u = 1,1
Tổn thất áp lực dọc đường: tính với chiều dài ống La H t 
Với

t a B1
  2t t = 15.90(m)
2 2

Ht = 4.5 m: Chiều cao thành lòng dẫn (Chọn Ht >hđ từ 1-2m, với hđ =3.09m )
B1 = 20 m

: Bề rộng của mỗi khoang (1 khoang)

tt là chiều dày thành ống dẫn trong trụ và thành bên chọn tt =0,5m
Hệ số tổn thất dọc đường :  d 

2 gLa
= 0.49
C2R

a : Trọng lượng riêng của không khí (KN/m³)
 : Trọng lượng riêng của nước (KN/m³)

Trong điều kiện bình thường, lấy

a
1

 780

Để đảm bảo ổn định của đường tháo, trị số hck không được vượt quá 0,5m. Ta thấy
hck = 0.47m < 0.5m nên đường tháo làm việc ổn định.

HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-15-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước

k) Tính toán kích thước máng dẫn khí sau mũi hắt:

Hình 3 : Bố trí mũi hắt và ống dẫn khí
Bề mộng máng : Bmk = Ba = 1.0 (m)
Chiều sâu: tmk = ta – Zm = 0.8 – 0.71 = 0.090.1 (m)
l) Tính toán chiều cao thành lòng dẫn sau BPTK
Được xác định theo công thức: Ht = hb + h + ∆H = 2.96 (m)
Trong đó:
hb: Chiều cao lớn nhất của buồng khí
hb Z m 

V2
cos 2  .(tg  tg ) 2 = 1.22 (m)
2g

h: Chiều dày lớp nước phía trên buồng khí (lấy gần đúng bằng độ sâu nước trên
mũi hắt); h=1.1m
∆H : Độ cao an toàn, xác định theo cấp công trình, chọn ∆H = 0.5 m
Kết quả tính toán BPTK2 Bảng 5
Bảng 5 : Thông số tính toán BPTK1
Ký
hiệu
L
Zm

Thông số
Vị trí đặt
Chiều cao mũi hắt

Đơn vị

BPTK1

m
m

140
0.71

Chiều dài mũi hắt

Góc nghiêng mũi hắt
Chiều dài buồng khí sau mũi hắt

Lm

Lb

m
Độ
m

4.00
-1.85
5.84

Lưu lượng khí tổng cộng cần phải cấp

Qa
n
a1

m³/s
m²

74.82
2
0.75

Ba x t a

m

1.0 x 0.8

Độ chân không ở trong buồng khí

hck

m

0.47

Bề rộng máng khí

Bmk

m

1.0

Chiều sâu máng khí

tmk

m

0.1

Số ống dẫn khí
Diện tích MCN của 1 ống khí

Kích thước 1 ống dẫn khí

HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

-16-

Lớp: 20C-CS2


Bài tập môn học: Công trình tháo nước
Chiều cao buồng khí

HV: Lê Khắc Tuyến
GVHD: GS-TS Phạm Ngọc Quý

hb

-17-

m

1.22

Lớp: 20C-CS2